KR20200073968A - 체적 음향 공진기 및 탄성파 필터 장치 - Google Patents
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Abstract
기판과, 상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극과, 적어도 일부분이 상기 제1 전극을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 평탄부와 상기 평탄부의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부를 구비하는 압전층과, 상기 확장부 상에 배치되는 삽입층 및 상기 삽입층 및 상기 압전층의 상부에 배치되는 제2 전극을 포함하며, 상기 확장부에는 상기 평탄부의 상면보다 하부에 배치되는 복수개의 제1 면과 제2 면, 상기 평탄부의 상면과 상기 제1 면 또는 상기 제2 면을 연결하거나 상기 제1 면 상호 간 또는 상기 제2 면 상호 간을 연결하는 연결면이 구비되는 체적 음향 공진기가 개시된다.
Description
본 발명은 체적 음향 공진기 및 탄성파 필터 장치에 관한 것이다.
무선 통신 기기의 소형화 추세에 따라 고주파 부품기술의 소형화가 적극적으로 요구되고 있으며, 일례로 반도체 박막 웨이퍼 제조기술을 이용하는 체적 음향 공진기(BAW, Bulk Acoustic Wave) 형태의 필터를 들 수 있다.
체적 음향 공진기(BAW)란 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 상에 압전 유전체 물질을 증착하여 그 압전특성을 이용함으로써 공진을 유발시키는 박막형태의 소자를 필터로 구현한 것이다.
체적 음향 공진기의 이용분야로는 이동통신기기, 화학 및 바이오 기기 등의 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등이 있다.
한편, 체적 음향 공진기의 특성과 성능을 높이기 위한 여러 가지 구조적 형상 및 기능에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그에 따른 제조 방법에 대해서도 지속적인 연구가 이루어지고 있다.
성능을 향상시킬 수 있는 음향 공진기 및 탄성파 필터 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 체적 음향 공진기는 기판과, 상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극과, 적어도 일부분이 상기 제1 전극을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 평탄부와 상기 평탄부의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부를 구비하는 압전층과, 상기 확장부 상에 배치되는 삽입층 및 상기 삽입층 및 상기 압전층의 상부에 배치되는 제2 전극을 포함하며, 상기 확장부에는 상기 평탄부의 상면보다 하부에 배치되는 복수개의 제1 면과 제2 면, 상기 평탄부의 상면과 상기 제1 면 또는 상기 제2 면을 연결하거나 상기 제1 면 상호 간 또는 상기 제2 면 상호 간을 연결하는 연결면이 구비될 수 있다.
성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 삽입층의 폭(W1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 3은 삽입층의 두께(T1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 제1-1면과 제1-2면의 수직방향 이격 거리(T2)에 따른 감쇠 성능과 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 삽입층의 폭(W2)을 증가시키는 경우 삽입층의 두께(T3)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 15는 삽입층의 일부분과 압전층이 이격 배치되는 경우 삽입층의 일부분의 폭(W) 변경에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20는 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기 및 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에서 다른 재질로 구성된 삽입층의 폭(W1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기 및 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에서 다른 재질로 구성된 삽입층의 폭(W2)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 23은 비정형 다각형 형상의 체적 음향 공진기를 나타내는 평면도이다.
도 2는 삽입층의 폭(W1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 3은 삽입층의 두께(T1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 제1-1면과 제1-2면의 수직방향 이격 거리(T2)에 따른 감쇠 성능과 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 삽입층의 폭(W2)을 증가시키는 경우 삽입층의 두께(T3)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 15는 삽입층의 일부분과 압전층이 이격 배치되는 경우 삽입층의 일부분의 폭(W) 변경에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20는 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기 및 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에서 다른 재질로 구성된 삽입층의 폭(W1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기 및 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치에서 다른 재질로 구성된 삽입층의 폭(W2)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
도 23은 비정형 다각형 형상의 체적 음향 공진기를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기(100)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(180), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(110)의 상면에는 절연층(112)이 구비되며, 체적 음향 공진기(100)의 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(112)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(110)에 형성될 수 있다.
희생층(120)은 절연층(112) 상에 형성되며, 희생층(120)의 내측에는 캐비티(C)와 식각 방지부(135)가 배치될 수 있다. 캐비티(C)는 제조 시 희생층(120)의 일부분을 제거함으로써 형성된다. 이와 같이, 캐비티(C)가 희생층(120)의 내측에 형성됨에 따라 희생층(120)의 상부에 배치되는 제1 전극(150) 등은 편평하게 형성될 수 있다.
멤브레인층(130)은 기판(110)과 함께 캐비티(C)를 형성한다. 또한, 멤브레인층(130)은 희생층(120)의 제거 시 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 식각방지부(135)는 멤브레인층(130)의 하부에 배치된다. 한편, 멤브레인층(130)은 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다.
한편, 멤브레인층(130) 상에는 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 시드층(미도시)이 형성될 수 있다. 즉, 시드층은 멤브레인층(130)과 제1 전극(150) 사이에 배치될 수 있다. 시드층(미도시)은 질화 알루미늄(AlN) 이외에도 HCP 결정 구조를 가지는 유전체 또는 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 일예로서, 시드층이 금속일 경우 시드층은 티타늄(Ti)으로 형성될 수 있다.
또한, 일예로서 멤브레인층(130)은 시드층으로 이루어질 있다. 이러한 경우 상기한 바와 같이 시드층으로 이루어지는 멤브레인층(130)의 재질은 에칭가스와 반응성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.
식각방지부(135)는 캐비티(C)의 경계를 따라 배치된다. 식각방지부(135)는 캐비티(C) 형성 과정에서 캐비티 영역 이상으로 식각이 진행되는 것을 방지한다.
제1 전극(150)은 멤브레인층(140) 상에 형성되며, 일부분이 캐비티(G)의 상부에 배치된다. 또한, 제1 전극(150)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다.
제1 전극(150)은 일예로서, 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 전극(170)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
압전층(160)은 적어도 일부분이 제1 전극(150)을 덮도록 배치된다. 한편, 압전층(160)은 중앙부에 배치되는 평탄부(S)와 평탄부(S)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부(E)를 구비한다.
한편, 확장부(E)에는 평탄부(S)의 상면보다 하부에 배치되는 적어도 하나의 제1 면(161)과 제2 면(162) 및 평탄부(S)의 상면과 제1 면(161) 또는 제2 면(162)을 연결하거나 제1 면(161) 상호 간 또는 제2 면 상호 간을 연결하는 연결면(163)을 가질 수 있다.
한편, 제1 면(161)은 제2 전극(170)의 일측 끝단 측에 배치되며 평탄부(S)의 상면과 단차를 가지는 제1-1 면(161a)과, 제1-1 면(161a)보다 하부에 배치되며 제1-1면(161a)와 단차를 가지는 제1-2 면(161b)을 구비할 수 있다.
또한, 제2 면(162)은 제1 전극(150)의 일측 끝단 측에 배치되며, 평탄부(S)의 상면과 단차를 가지는 제2-1 면(162a)과, 제2-1면(162a)보다 하부에 배치되며 제 2-1면(162a)과 단차를 가지는 제2-2 면(162b)을 구비할 수 있다.
그리고, 연결면(163)은 평탄부(S)의 상면과 제1-1 면(161a)을 연결하는 제1 연결면(164)과, 제1-1 면(161a)과 제1-2 면(161b)을 연결하는 제2 연결면(165)을 구비한다. 또한, 연결면(163)은 평탄부(S)의 상면과 제2-1 면(162a)을 연결하는 제3 연결면(166)과, 제2-1 면(162a)과 제2-2 면(162b)을 연결하는 제4 연결면(167)을 구비한다.
한편, 제1-1면(161a)의 폭(W1)은 1㎛ 이하일 수 있다. 이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 삽입층(180)의 폭(W1)이 클수록 체적 음향 공진기(100)의 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)가 작아질 수 있기 때문에 폭(W1)이 최대한 작게 유지될 필요가 있다. 그리고, 체적 음향 공진기(100)의 감쇠 성능 개선을 위해서는 단파장의 Lateral wave(λ)를 효과적으로 반시켜야 한다. 이를 위한 가장 좁은 삽입층(180)의 폭(W1)은 λ/4일 때이다. 대부분의 체적 음향 공진기의 λ/4 값은 1㎛ 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 삽입층(180)의 최적폭(W1)은 1㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.
그리고, 평탄부(S)와 제1-1 면(161a)의 수직 방향 이격 거리(T1)는 압전층(160) 두께의 절반 이하일 수 있다. 또한, 상기 제1-1면(161a)과 상기 제1-2면(161b)의 수직방향 이격 거리(T2)는 압전층(160)의 두께에서 제1-1 면(161a)의 수직 방향 이격 거리(T1)를 뺀 나머지 두께일 수 있다.
그리고, 제2-1 면(162a)의 폭(W2)은 1㎛ 이하일 수 있다. 그 근거는 상기한 제1-1면(161a)의 폭(W1)과 동일하다.
또한, 도 1에 도시된 T3는 상기 평탄부(S)의 상면과 제2-1면(162a)의 수직방향 이격 거리를 말한다. 나아가, 도 1에 도시된 T4는 상기 제2-1면(162a)과 상기 제2-2면(162b)의 수직방향 이격 거리를 말한다. 한편, T4는 제1 전극(150)의 두께와 동일한 두께를 가진다.
한편, 압전층(160)은 전기적 에너지를 탄성파 형태의 기계적 에너지로 변환하는 압전 효과를 일으키는 부분으로서, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), 납 지르코늄 티타늄 산화물(PZT; PbZrTiO) 중 하나로 형성될 수 있다. 특히, 압전층(160)이 질화 알루미늄(AlN)로 구성되는 경우 압전층(160)은 희토류 금속(Rare earth metal)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 희토류 금속은 스칸듐(Sc), 에르븀(Er), 이트륨(Y), 및 란탄(La) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 일 예로, 전이 금속은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨 (Ta), 니오비윰 (Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 2가 금속인 마그네슘(Mg)도 포함될 수 있다.
제2 전극(170)은 압전층(160)의 상부에 배치된다. 일예로서, 제2 전극(170)은 적어도 캐비티(C)의 상부에 배치되는 압전층(160)을 덮도록 형성된다. 2 전극(170)은 RF(Radio Frequency) 신호 등의 전기적 신호를 입출력하는 입력 전극 및 출력 전극 중 어느 하나로 이용될 수 있다. 즉, 제1 전극(150)이 입력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(170)은 출력 전극으로 이용되며, 제1 전극(150)이 출력 전극으로 이용되는 경우 제2 전극(170)은 입력 전극으로 이용될 수 있다.
제2 전극(170)은 몰리브덴(molybdenum : Mo)과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금을 이용하여 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 전극(170)은 루테늄(ruthenium : Ru), 텅스텐(tungsten : W), 이리듐 (Iridiym : Ir), 플래티늄 (Platinium : Pt), 구리(Copper : Cu), 티타늄 (Titanium : Ti), 탄탈 (Tantalum : Ta), 니켈 (Nickel : Ni) , 크롬 (Chromium : Cr) 등과 같은 전도성 재질 또는 이의 합금으로 이루어질 수 있다.
삽입층(180)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(180)의 일부분은 상기 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(180)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(180)의 일부분은 제1 연결면(164) 및 제1-1 면(161a)에 배치되며, 삽입층(180)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다.
일예로서, 삽입층(180)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(180)은 일예로서, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으나, 제1 전극(150) 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 제2 전극(170)의 끝단에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W1)은 1㎛ 이하일 수 있다. 즉, 제1-1 면(161a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W1)은 1㎛ 이하일 수 있다.
또한, 제1-1 면(161a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 두께(T1)는 압전층(160) 두께의 절반 이하일 수 있다.
한편, 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W2)은 1㎛ 이하일 수 있다. 그리고, 평탄부(S)의 상면과 단차를 가지는 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 두께(T3)는 압전층(160) 두께의 절반 이하일 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 도 2는 상기 제1-1면(161a)과 상기 제1-2면(161b)의 수직방향 이격거리(T2)를 고정한 상태에서 삽입층(180)의 두께(T1)가 0.05㎛ ~ 0.3㎛인 경우 제1-1 면(161a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W1)을 변경하여 감쇠 성능을 수치해석적으로 예측한 결과를 나타내는 그래프이다.
이와 같이, 삽입층(180)의 두께(T1)가 0.3㎛이면서 삽입층(180)의 폭(W1)이 0.4㎛ 인 경우 감쇠성능이 최대 48.5(db)의 최대값을 가진다는 것을 알 수 있다. 그리고, 종래기술과 비교하여 삽입층(180)의 두께(T1)가 0.2㎛ 이상이면서 삽입층(180)의 폭(W1)이 0.5㎛ 이하인 경우 감쇠성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 3은 삽입층(180)의 두께(T1)를 변경하는 경우의 감쇠 성능을 예측한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 삽입층(180)의 두께(T1)가 0.3㎛ 부근에서 포화(Saturation)되는 경향을 나타낸다. 감쇠 성능이 포화되는 삽입층(180)의 두께(T1)는 공진기 박막 두께 및 그 조합에 따라 달라질 수 있으며, 통상적으로는 압전층(160) 두께의 절반 이하 범위에서 감쇠 성능의 포화점이 나타날 것으로 예측된다.
한편, 도 4는 삽입층(180)의 두께(T1)가 0.3㎛인 경우 제1-1면(161a)과 상기 제1-2면(161b)의 수직방향 이격 거리(T2)의 변화에 따른 감쇠 성능과 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1-1면(161a)과 상기 제1-2면(161b)의 수직방향 이격 거리(T2)가 0.3㎛인 경우 감쇠 성능이 최대값을 가진다는 것을 알 수 있으며, 제1-1면(161a)과 상기 제1-2면(161b)의 수직방향 이격 거리(T2)가 0.5㎛ 이상인 경우 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)가 0.05%만큼 개선시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5는 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 두께(T3)에 따른 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W2)을 증가시키는 경우 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W2)이 0인 경우 감쇠 성능이 36.2(dB)인 것을 알 수 있다. 그리고, 삽입층(180)의 두께(T3)에 따라 다르지만, 삽입층(180)의 폭(W2)이 대략 0.5㎛~0.8㎛인 경우 감쇠 성능이 47.2(dB) 정도로 높은 값을 가진다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 종래기술과 비교하여 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 두께(T3)에 따른 제2-1 면(162a) 상에 배치되는 삽입층(180)의 폭(W2)에 관계없이 감쇠 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
보호층(190)은 제1 전극(150)과 제2 전극(170)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 보호층(190)은 공정 중 제2 전극(170) 및 제1 전극(150)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 보호층(190)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 일부분이 제거될 수 있다. 즉, 보호층(190)의 두께가 조절될 수 있다. 보호층(190)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다. 또한, 보호층(190)은 공진기 박막의 흡습을 방지하기 위한 소수성 일분자층(Monolayer)를 포함할 수도 있다.
금속패드(195)는 제1 전극(150)과 제2 전극(170)의 상기한 보호층(190)이 형성되지 않은 일부분에 형성된다. 일예로서, 금속패드(195)는 금(Au), 금-주석(Au-Sn) 합금, 구리(Cu), 구리-주석(Cu-Sn) 합금 및 알루미늄(Al), 알루미늄 합금 등의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-게르마늄(Al-Ge) 합금일 수 있다.
상기한 바와 같이, 삽입층(180)이 단차를 가지는 압전층(160)의 확장부(E) 상에 배치됨으로써 감쇠 성능 및 전기 기계 결합 상수(Effective electromechanical coupling coefficient, Kt2)를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 체적 음향 공진기(200)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(280), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(280)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(280)의 일부분은 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(280)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(280)의 일부분은 제1-1 면(161a), 제2 연결면(165) 및 제1-2 면(161b)에 배치되며, 삽입층(280)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(280)의 일부분 끝단이 제1-2 면(161b)에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(280)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(280)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(280)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 체적 음향 공진기(300)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(380), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(380)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(380)의 일부분은 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(380)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(380)의 일부분은 제1-1 면(161a), 제2 연결면(165)에 배치되며, 삽입층(380)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(380)의 일부분 끝단이 제2 연결면(165)에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(380)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(380)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(380)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 체적 음향 공진기(400)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(480), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(480)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(480)의 일부분은 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(480)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(480)의 일부분은 제1-1 면(161a)에 배치되며, 삽입층(480)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(480)의 일부분 끝단이 제1-1 면(161a)의 끝단에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(480)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(480)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(480)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 체적 음향 공진기(500)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(580), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(580)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(580)의 일부분은 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(580)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(580)의 일부분은 제1-1 면(161a)에 배치되며, 삽입층(580)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(580)의 일부분 끝단이 제1-1 면(161a)의 상단에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(580)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(580)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(580)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 체적 음향 공진기(600)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(680), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(680)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(680)의 일부분은 제1 연결면(164)에 배치되며, 삽입층(580)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(680)의 일부분은 제1 연결면(164)에 배치되며, 삽입층(680)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(680)의 일부분 끝단이 제1 연결면(164)의 끝단에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(680)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(680)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(680)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 체적 음향 공진기(700)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(780), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(780)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(780)의 일부분은 제1 연결면(164)에 배치되며, 삽입층(780)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 상에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(780)의 일부분은 제1 연결면(164)에 배치되며, 삽입층(780)의 나머지 부분은 제2 면(162) 상에 배치된다. 즉, 삽입층(780)의 일부분 끝단이 제1 연결면(164)의 상단에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(780)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(780)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(780)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 체적 음향 공진기(800)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(880), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
삽입층(880)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(880)의 일부분은 제1 면(161) 측에 배치되며, 삽입층(780)의 나머지 부분은 제2 면(162, 도 1 참조) 측에 배치된다. 보다 자세하게는 삽입층(880)의 일부분은 제1 연결면(164), 제1-1 면(161a) 및 제2 연결면(165)에 배치되며, 삽입층(880)의 나머지 부분은 제2 면(162) 측에 배치된다. 즉, 삽입층(880)의 일부분 끝단이 제2 연결면(165)의 상단에 배치될 수 있다.
일예로서, 삽입층(880)은 산화규소(SiO2), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(Si3N4), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 티탄산 지르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO)등의 유전체로 형성될 수 있으나, 압전층(160)과는 다른 재질로 형성된다. 또한, 삽입층(880)은 일예로서, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 등의 금속으로도 형성될 수 있으며, 제1 전극(150), 및 제2 전극(170)과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
한편, 제2 전극(170)과 보호층(190)의 일부분 끝단은 삽입층(880)의 끝단과 일치되도록 배치될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 체적 음향 공진기(900)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(160), 제2 전극(170), 삽입층(180), 보호층(990) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
보호층(990)은 제1 전극(150)과 제2 전극(170)의 일부분을 제외한 영역에 형성된다. 한편, 보호층(990)은 공정 중 제2 전극(170) 및 제1 전극(150)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
나아가, 보호층(990)은 최종 공정에서 주파수 조절을 위해 식각에 의해 일부분이 제거될 수 있다. 즉, 보호층(990)의 두께가 조절될 수 있다. 보호층(190)은 일예로서, 질화실리콘(Si3N4), 산화실리콘(SiO2), 산화망간(MgO), 산화지르코늄(ZrO2), 질화알루미늄(AlN), 티탄산 리르콘산 연(PZT), 갈륨비소(GaAs), 산화하프늄(HfO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 중 어느 하나의 재질을 함유하는 유전체층(Dielectric layer)이 사용될 수 있다. 또한 보호층(990)은 공진기 박막의 흡습을 방지하기 위한 소수성 Monolayer를 포함할 수도 있다.
보호층(990)의 일측 끝단은 제2 전극(170)의 일측 끝단이 노출되도록 형성될 수 있다. 즉, 보호층(990)의 일측 끝단과 제2 전극(170)의 일측 끝단은 일치되지 않으며, 보호층(990)의 일측 끝단이 제2 전극(170)의 일측 끝단보다 중앙부 측으로 이격되어 배치될 수 있다.
도 14는 본 발명의 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 체적 음향 공진기(1000)는 일예로서, 기판(110), 희생층(120), 멤브레인층(130), 식각방지부(135), 제1 전극(150), 압전층(1060), 제2 전극(170), 삽입층(1080), 보호층(190) 및 금속패드(195)를 포함하여 구성될 수 있다.
압전층(1060)은 적어도 일부분이 제1 전극(150)을 덮도록 배치된다. 한편, 압전층(1060)은 중앙부에 배치되는 평탄부(S)와, 평탄부(S)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부(E)를 구비한다.
한편, 확장부(E)에는 평탄부(S)의 상면보다 하부에 배치되는 제1 면(1061)과, 제2 면(1062) 및 평탄부(S)의 상면과 제1 면(1061) 또는 제2 면(1062)을 연결하거나 제2 면(1062) 상호 간을 연결하는 연결면(1063)을 가질 수 있다.
또한, 제1 면(1061)은 제2 전극(170)의 일측 끝단 측에 배치되며 평탄부(S)의 상면과 단차를 가진다.
그리고, 제2 면(1062)은 도 1에 도시된 제2 면(162)과 동일한 구성으로서 여기서는 도면에의 도시 및 자세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 연결면(1063)은 평탄부(S)의 상면과 제1 면(1061)을 연결하는 제1 연결면(1064)을 구비할 수 있다.
삽입층(1080)은 확장부(E) 상에 배치된다. 일예로서, 삽입층(1080)의 일부분은 상기 제1 면(1061) 측에 배치되며, 삽입층(1080)의 나머지 부분은 제2 면(미도시) 측에 배치된다.
일예로서, 제1 전극(170)의 끝단에 배치되는 삽입층(1080)의 일부분은 측면과 하면이 압전층(1060)으로부터 이격 배치된다. 즉, 삽입층(1080)의 일부분 측면은 제1 연결면(1064)으로부터 이격 배치되며, 삽입층(1080)의 일부분 하면은 제1 면(1061)으로부터 이격 배치된다.
그리고, 삽입층(1080)의 일부분과 압전층(1060)이 이격 배치됨으로써 형성되는 빈 공간은 공기층으로 형성되거나 진공으로 형성될 수 있다.
도 15는 삽입층(1080)의 일부분과 압전층(1060)이 이격 배치되는 경우 삽입층(1080)의 일부분의 폭(W)의 변경에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다. 여기서, 삽입층(1080)의 일부분 두께(T)는 0.3㎛로 일정하게 유지된다.
살펴보면, 본 실시예의 경우 삽입층(1080)의 일부분의 폭(W)이 증가하는 경우 0.1㎛ ~ 0.5㎛의 범위에서 대략 48.6(dB) ~ 49.0(dB)으로 높은 값을 유지하는 것을 알 수 있다. 따라서, 감쇠 성능의 최대값에서부터 열화 허용범위를 1(dB)로 설정하는 경우 본 실시예에서는 삽입층(1080)의 일부분의 폭(W)은 0.1㎛ ~ 0.5㎛의 범위를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예의 경우 감쇠 성능의 최대값에서부터 열화 허용범위를 1(dB)로 설정하는 경우 삽입층(180)의 일부분의 폭(W)이 0.3㎛ ~ 0.5㎛의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제10 실시예는 제1 실시예보다 삽입층(1080)의 폭(W)이 제조공정에 의해 변동되어도 높은 값의 감쇠 성능을 유지할 수 있다. 즉, 미세소자공정 (Micro-Electromechanical Systems, MEMS) 에서 Sub-micrometer의 패턴 구현은 매우 어렵기 때문에, +/- 0.1㎛의 오차도 허용되지 않는 경우는 공정 오차로 인해 수율이 크게 감소될 수 있다. 그러나, 제10 실시예는 삽입층 폭의 공정 산포가 커도 높은 값의 감쇠 성능을 유지할 수 있어 제조가 보다 용이하며, 이에 수율도 안정적으로 유지할 수 있다.
그리고, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우 삽입층(1080)의 일부분 두께(T) 및 삽입층(1080)의 일부분의 폭(W)에 관계없이 종래기술과 비교하여 감쇠 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(2000)는 기판(2010), 제1 공진기(2020), 제2 공진기(2030) 및 삽입층(2040)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(2010)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2010)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(2010)의 상면에는 절연층(2012)이 구비되며, 제1,2 공진기(2020,2030)의 제조 과정에서 제1,2 캐비티(C1,C2)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(2010)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(2012)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(2010)에 형성될 수 있다.
제1 공진기(2020)는 기판(2010)의 상부에 배치되는 제1-1 전극(2021)과, 적어도 일부분이 제1-1 전극(2021)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제1 평탄부(S1)와 제1 평탄부(S1)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제1 확장부(E1)를 구비하는 제1 압전층(2022) 및 제1 압전층(2022)의 상부에 배치되는 제2-1 전극(2023)을 구비한다.
한편, 제1 공진기(2020)의 하부에는 제1 캐비티(C1)가 형성된다.
제2 공진기(2030)는 기판(2010)의 상부에 배치되는 제1-2 전극(2031)과, 적어도 일부분이 제1-2 전극(2032)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제2 평탄부(S2)와 제2 평탄부(S2)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제2 확장부(E2)를 구비하는 제2 압전층(2032) 및 제2 압전층(2032)의 상부에 배치되는 제2-2 전극(2033)을 구비한다.
한편, 제2 공진기(2030)의 하부에는 제2 캐비티(C2)가 형성된다.
삽입층(2040)은 제1,2 확장부(E1,E2)의 상부와 제1 압전층(2022)과 제2 압전층(2032)의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 제1 압전층(2022)과 제2 압전층(2032)의 사이에 배치되는 삽입층(2040)은 제1-1 전극(2021)과 제1-2 전극(2031)을 전기적으로 연결하는 역할을 수행한다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(2100)는 기판(2110), 제1 공진기(2120), 제2 공진기(2130) 및 삽입층(2140)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(2110)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2110)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(2110)의 상면에는 절연층(2112)이 구비되며, 제1,2 공진기(2120,2130)의 제조 과정에서 제1,2 캐비티(C1,C2)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(2110)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(2112)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(2110)에 형성될 수 있다.
제1 공진기(2120)는 기판(2110)의 상부에 배치되는 제1-1 전극(2121)과, 적어도 일부분이 제1-1 전극(2121)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제1 평탄부(S1)와 제1 평탄부(S1)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제1 확장부(E1)를 구비하는 제1 압전층(2122) 및 제1 압전층(2122)의 상부에 배치되는 제2-1 전극(2123)을 구비한다.
한편, 제1 공진기(2120)의 하부에는 제1 캐비티(C1)가 형성된다.
제2 공진기(2130)는 기판(2110)의 상부에 배치되는 제1-2 전극(2131)과, 적어도 일부분이 제1-2 전극(2132)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제2 평탄부(S2)와 제2 평탄부(S2)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제2 확장부(E2)를 구비하는 제2 압전층(2132) 및 제2 압전층(2132)의 상부에 배치되는 제2-2 전극(2133)을 구비한다.
한편, 제2 공진기(2130)의 하부에는 제2 캐비티(C2)가 형성된다.
삽입층(2140)은 제1,2 확장부(E1,E2)의 상부와 제1 압전층(2122)과 제2 압전층(2132)의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 제1 압전층(2122)과 제2 압전층(2132)의 사이에 배치되는 삽입층(2140)은 제2-1 전극(2123)과 제1-2 전극(2131)을 전기적으로 연결하는 역할을 수행한다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(2200)는 기판(2210), 제1 공진기(2220), 제2 공진기(2230) 및 삽입층(2240)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(2210)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2210)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(2210)의 상면에는 절연층(2212)이 구비되며, 제1,2 공진기(2220,2230)의 제조 과정에서 제1,2 캐비티(C1,C2)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(2210)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(2212)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(2210)에 형성될 수 있다.
제1 공진기(2220)는 기판(2210)의 상부에 배치되는 제1-1 전극(2221)과, 적어도 일부분이 제1-1 전극(2221)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제1 평탄부(S1)와 제1 평탄부(S1)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제1 확장부(E1)를 구비하는 제1 압전층(2222) 및 제1 압전층(2222)의 상부에 배치되는 제2-1 전극(2223)을 구비한다.
한편, 제1 공진기(2220)의 하부에는 제1 캐비티(C1)가 형성된다.
제2 공진기(2230)는 기판(2210)의 상부에 배치되는 제1-2 전극(2231)과, 적어도 일부분이 제1-2 전극(2232)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제2 평탄부(S2)와 제2 평탄부(S2)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제2 확장부(E2)를 구비하는 제2 압전층(2232) 및 제2 압전층(2232)의 상부에 배치되는 제2-2 전극(2233)을 구비한다.
한편, 제2 공진기(2230)의 하부에는 제2 캐비티(C2)가 형성된다.
삽입층(2240)은 제1,2 확장부(E1,E2)의 상부와 제1 압전층(2222)과 제2 압전층(2232)의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 제1 압전층(2222)과 제2 압전층(2232)의 사이에 배치되는 삽입층(2240)은 제2-1 전극(2223)과 제2-2 전극(2233)에 덧붙여져서 전기 저항을 줄이는 역할을 수행한다.
도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(2300)는 기판(2310), 공진기(2320) 및 삽입층(2340)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(2310)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2310)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(2310)의 상면에는 절연층(2312)이 구비되며, 공진기(2320)의 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(2310)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(2312)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(2310)에 형성될 수 있다.
공진기(2320)는 기판(2310)의 상부에 배치되는 제1 전극(2321)과, 적어도 일부분이 제1 전극(2321)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 평탄부(S)와 평탄부(S)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부(E)를 구비하는 압전층(2322) 및 압전층(2322)의 상부에 배치되는 제2 전극(2323)을 구비한다.
한편, 공진기(2320)의 하부에는 캐비티(C)가 형성된다.
삽입층(2340)은 확장부(E)의 상부와 압전층(2322)의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 압전층(2322)의 사이에 배치되는 삽입층(2340)은 외부배선(2350)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 20은 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄성파 필터 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄성파 필터 장치(2400)는 기판(2410), 공진기(2420), 삽입층(2440), 외부배선(2450) 및 캡(2460)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(2410)은 실리콘 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2410)으로는 실리콘 웨이퍼가 이용되거나, SOI(Silicon On Insulator) 타입의 기판이 이용될 수 있다.
기판(2410)의 상면에는 절연층(2412)이 구비되며, 공진기(2420)의 제조 과정에서 캐비티(C)를 형성할 때, 에칭가스에 의해 기판(2410)이 식각되는 것을 방지한다.
이 경우, 절연층(2412)은 이산화규소(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 및 질화 알루미늄(AlN) 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition), RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron Sputtering), 및 에바포레이션(Evaporation) 중 어느 하나의 공정을 통해 기판(2410)에 형성될 수 있다.
공진기(2420)는 기판(2410)의 상부에 배치되는 제1 전극(2421)과, 적어도 일부분이 제1 전극(2421)을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 평탄부(S)와 평탄부(S)의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부(E)를 구비하는 압전층(2422) 및 압전층(2422)의 상부에 배치되는 제2 전극(2423)을 구비한다.
한편, 공진기(2420)의 하부에는 캐비티(C)가 형성된다.
삽입층(2440)은 확장부(E)의 상부와 압전층(2422)의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 압전층(2422)의 사이에 배치되는 삽입층(2440)은 캡(2460)의 실링라인(2462) 및 외부배선(2450)에 전기적으로 연결될 수 있다.
캡(2460)은 삽입층(2440)에 접합되며 공진기(2420)과의 사이에 공간을 형성한다. 캡(2460)은 공진기(2420)를 보호하는 역할을 수행한다. 캡(2460)은 실리콘(Si)을 함유하는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 도 16에서 도 20까지 탄성파 필터 장치의 실시예처럼 삽입층이 전도성 재질로 구성되어도 공진기의 감쇠 성능이 높은 값을 보이는지 확인하고자 한다.
도 21은 도 1의 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기에서 삽입층의 폭(W1)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
이 때, 삽입층의 두께(T1)가 0.3㎛ 인 경우, 삽입층의 재질이 알루미늄(Al)을 함유하는 재질인 경우와 삽입층의 재질이 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질인 경우의 감쇠 성능을 나타낸다.
살펴보면, 삽입층의 폭(W1)이 대략 0.4㎛ 경우 삽입층의 재질이 알루미늄(Al)을 함유하는 전도성 재질이어도 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질인 경우와 유사하게 높은 값의 감쇠 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
도 22는 도 1의 본 발명의 제1 실시예에 따른 체적 음향 공진기에서 삽입층의 폭(W2)에 따른 감쇠 성능을 나타내는 그래프이다.
이 때, 삽입층의 두께(T3)가 0.1㎛ 인 경우, 삽입층의 재질이 알루미늄(Al)을 함유하는 재질인 경우와 삽입층의 재질이 산화실리콘(SiO2)인 경우의 감쇠 성능을 나타낸다.
살펴보면, 삽입층의 폭(W2)이 대략 0.5㎛에서 0.8㎛ 일 경우 삽입층의 재질이 알루미늄(Al)을 함유하는 전도성 재질이어도 산화실리콘(SiO2)을 함유하는 재질인 경우와 유사하게 높은 값의 감쇠 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 체적 음향 공진기는 도 23에 도시된 비정형 다각형 형상의 체적 음향 공진기에도 적용될 수 있다. 그리고, 도 23에 도시된 140은 공진부를 나타낸다. 공진부(140)는 제1 전극, 압전층 및 제2 전극이 겹쳐져서 배치되는 영역을 나타낸다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 : 체적 음향 공진기
110 : 기판
120 : 희생층
130 : 멤브레인층
135 : 식각방지층
140 : 공진부
150 : 제1 전극
160 : 압전층
170 : 제2 전극
180, 280. 380, 480, 580, 680, 780, 880, 980, 1080 : 삽입층
190 : 보호층
195 : 금속패드
110 : 기판
120 : 희생층
130 : 멤브레인층
135 : 식각방지층
140 : 공진부
150 : 제1 전극
160 : 압전층
170 : 제2 전극
180, 280. 380, 480, 580, 680, 780, 880, 980, 1080 : 삽입층
190 : 보호층
195 : 금속패드
Claims (21)
- 기판;
상기 기판의 상부에 배치되는 제1 전극;
적어도 일부분이 상기 제1 전극을 덮도록 배치되며, 중앙부에 배치되는 평탄부와 상기 평탄부의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 확장부를 구비하는 압전층;
상기 확장부 상에 배치되는 삽입층; 및
상기 삽입층 및 상기 압전층의 상부에 배치되는 제2 전극;
을 포함하며,
상기 확장부에는 상기 평탄부의 상면보다 하부에 배치되는 복수개의 제1 면과 제2 면, 상기 평탄부의 상면과 상기 제1 면 또는 상기 제2 면을 연결하거나 상기 제1 면 상호 간 또는 상기 제2 면 상호 간을 연결하는 연결면이 구비되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 폭은 1㎛ 이하인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 두께는 상기 압전층 두께의 절반 이하인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 면은 상기 평탄부의 상면과 단차를 가지는 제1-1면과, 상기 제1-1면보다 하부에 배치되며 상기 제1-1면과 단차를 가지는 제1-2면을 구비하며,
상기 제1-1면과 상기 제1-2면의 수직방향 이격거리는 상기 압전층 두께에서 상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 두께를 뺀 나머지 두께 이하인 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 면은 상기 평탄부의 상면과 단차를 가지는 제2-1면과, 상기 제2-1면보다 하부에 배치되며 상기 제2-1면과 단차를 가지는 제2-2면을 구비하며,
상기 제2-1면과 상기 제2-2면의 수직방향 이격거리는 상기 압전층 두께에서 상기 제1 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 두께를 뺀 나머지 두께 이하인 체적 음향 공진기.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 전극의 끝단 상부에 배치되는 상기 제2-1면 상에 배치되는 삽입층의 폭은 1㎛ 이하인 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 삽입층은 상기 제1-2면까지 연장 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 연결면은 상기 평탄부의 상면과 상기 제1-1면을 연결하는 제1 연결면과, 상기 제1-1면과 상기 제1-2면을 연결하는 제2 연결면을 구비하며,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층은 상기 제2 연결면까지 연장 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 끝단은 상기 제1-1면의 끝단에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 끝단은 상기 제1-1면 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제8항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 끝단은 상기 제1 연결면 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
적어도 상기 압전층의 평탄부 상에 배치되는 보호층을 더 포함하는 체적 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 보호층의 일측 끝단은 상기 제2 전극과 상기 삽입층의 끝단을 덮도록 형성되는 체적 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 보호층의 일측 끝단은 상기 제2 전극과 상기 삽입층의 끝단과 일치되도록 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제12항에 있어서,
상기 보호층의 일측 끝단은 상기 제2 전극 상에 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층은 상기 압전층과 이격 배치되는 체적 음향 공진기.
- 제16항에 있어서,
상기 제2 전극의 끝단에 배치되는 상기 삽입층의 폭은 1㎛ 이하인 체적 음향 공진기.
- 기판;
상기 기판의 상부에 배치되는 제1-1 전극과, 적어도 일부분이 상기 제1-1 전극을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제1 평탄부와 상기 제1 평탄부의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제1 확장부를 구비하는 제1 압전층 및 상기 제1 압전층의 상부에 배치되는 제2-1 전극을 구비하는 제1 공진기;
상기 기판의 상부에 배치되는 제1-2 전극과, 적어도 일부분이 상기 제1-2 전극을 덮도록 배치되며 중앙부에 배치되는 제2 평탄부와 상기 제2 평탄부의 외측에 배치되며 적어도 하나의 단차를 가지는 제2 확장부를 구비하는 제2 압전층 및 상기 제2 압전층의 상부에 배치되는 제2-2 전극을 구비하는 제2 공진기; 및
상기 제1,2 확장부의 상부와 상기 제1 압전층과 상기 제2 압전층의 사이에 배치되며 전도성 재질로 이루어지는 삽입층;
을 포함하는 탄성파 필터 장치.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 압전층과 상기 제2 압전층의 사이에 배치되는 삽입층은 상기 제2-1 전극과 상기 제1-2 전극을 연결하는 탄성파 필터 장치.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 압전층과 상기 제2 압전층의 사이에 배치되는 삽입층은 상기 제2-1 전극 및 상기 제2-2 전극과 연결되는 탄성파 필터 장치.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 압전층과 상기 제2 압전층의 사이에 배치되는 삽입층은 상기 제1-1 전극 및 상기 제1-2 전극과 연결되는 탄성파 필터 장치.
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| KR20170020835A (ko) * | 2017-02-15 | 2017-02-24 | 삼성전자주식회사 | 체적 음향 공진기 구조 및 제조 방법 |
| KR20180084593A (ko) * | 2017-01-17 | 2018-07-25 | 삼성전기주식회사 | 체적 음향 공진기 |
| KR20180101129A (ko) * | 2017-03-02 | 2018-09-12 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 및 그 제조 방법 |
-
2019
- 2019-07-22 KR KR1020190088410A patent/KR102345121B1/ko active IP Right Grant
- 2019-11-01 TW TW108139661A patent/TW202027418A/zh unknown
Patent Citations (4)
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